В Гватемале Artec Eva помогает в создании недорогих протезов с помощью 3D-печати

Кратко: Некоммерческая организация, специализирующаяся в изготовлении протезов для детей, искала способ, как максимально удешевить производство надежных протезов для своих пациентов, включая одну молодую девушку, потерявшую руку.

Цель: С помощью портативного 3D-сканера оцифровать конечности пациента, обработать полученные снимки и смоделировать индивидуальные 3D-изображения протезов в программах Geomagic Freeform и Fusion 360. Затем отправить модели на 3D-принтер и вручить пациентам готовые протезы.

Инструменты: Artec Eva, Geomagic Freeform, Fusion 360

Вследствие нападения Вероника лишилась правой руки. После полутора месяцев, проведенных в больнице, она узнала о клинике протезирования LifeNabled, созданной на базе сельского госпиталя «Шэлом» в Сан-Бенито в Гватемале. В клинике пациентке рассказали, как ей смогут помочь, сколько это займет времени и насколько после этого её жизнь изменится к лучшему.

Госпиталь «Шэлом»

Работа была начата уже во время первого визита Вероники в клинику. Вначале из стеклопластика был изготовлен слепок уцелевшей части руки. Затем полость слепка сканировали с помощью портативного цветного 3D-сканера Artec Eva (этот, а также процесс моделирования более подробно описаны ниже), после чего новая рука Вероники была распечатана на 3D-принтере и готова к использованию. Уже через несколько часов Вероника смогла надеть протез, и её жизнь больше никогда не была прежней.

Сегодня Вероника работает и изучает теологию в местном университете. Сразу после реабилитации в госпитале и обретения новой руки в клинике LifeNabled она в течение полугода посещала специальные занятия, где научилась готовить различные блюда.

Вероника по дороге на работу

Госпиталь «Шэлом» был основан двумя миссионерами из Америки, Тимом и Дорис Спуррье, которые со своими двумя детьми однажды сели в машину и направились к югу от штата Огайо. Когда через пять дней они прибыли в Гватемалу, то поняли, что обрели новый дом. С тех пор семья не покидает этих мест.

В 2006 году супруги Спуррье решили создать клинику протезирования в своем небольшом госпитале и пригласили Брента Райта, лицензированного протезиста и ортопеда высшей категории. Он довольно быстро открыл первую и единственную в своем роде клинику во всей Гватемале.

Брент Райт с одним из своих творений

Для Райта и его команды добровольцев, не говоря уже о пациентах клиники, 3D-сканирование и 3D-печать – это технологии, изменившие жизнь: стоимость стандартных материалов для изготовления протеза руки колеблется в диапазоне от 800 до 1200 долл.США, а с помощью 3D-печати “мы можем изготовить руку, потратив на материалы всего около четырёх долл.США”, – рассказывает Райт.

Мечта Райта – делать протезы, доступные нуждающимся во всём мире, особенно в самых бедных регионах, где на всю страну есть только один или два протезиста. Райт убежден, что настало время революции в области протезирования. “Материалы для 3D-печати самых прочных протезов появились только полтора года назад”.

Поиск лучшего способа в итоге привел его к 3D-сканированию и профессиональному портативному сканеру Artec Eva от компании Artec 3D. Используемый в самых разных областях – от медицины до реверс-инжиниринга – для цветной 3D-оцифровки объектов в высоком разрешении, Eva ознаменовал прорыв для Райта и для всей клиники.

Однако он не стал полностью готовым решением. Райт постоянно стремится к достижению максимального уровня точности в своей работе, особенно, в случаях с наиболее сложными протезами.

“3D-сканирование превосходно копирует форму, но оно не в состоянии скопировать очертания под нагрузкой или структуру внутренних тканей. Поэтому я остаюсь приверженцем качественного слепка, – продолжает Райт. – Но мы разработали некоторые приёмы для сканирования слепков изнутри и снаружи. Что это даёт? Это даёт картину внутренней анатомии и реального объема конечности под воздействием нагрузки”.

Что касается бесконтактного 3D-сканирования, Райт поясняет: “Каждый раз при сканировании пациента приходится предполагать, какими будут реальные параметры конечности под нагрузкой… а в изготовлении протезов я предпочитаю не руководствоваться догадками”.

“Сканер Eva – потрясающий, а программа Artec Studio ещё удивительнее. После снятия слепка я разрезаю его на две части и довольно быстро сканирую обе половины с помощью Eva, а затем в Studio составляю их в одну высокоточную 3D-модель. Таким образом я извлекаю лучшее из этих двух методов: точный 3D-снимок плюс слепок, который позволяет получить точные параметры конечности под воздействием нагрузки. Поэтому окончательная 3D-модель является анатомически правильной: она основана на точных измерениях объема, которых нельзя добиться бесконтактным способом”.

В госпитале «Шэлом»: примерка новых протезов

“Artec Eva сканирует внутренности слепков лучше, чем любое другое устройство, с которым нам доводилось работать …это единственный 3D-сканер, выполняющий задачу настолько безупречно”, - говорит Райт.

В сравнении с длительным и трудоёмким традиционным методом, 3D-сканированию предшествуют всего несколько последовательных действий: изготовление слепка из стеклопластика в соответствии с очертаниями поврежденной конечности пациента и проставление на нём отметок (чтобы обозначить костные выступы, коленную чашечку, основные опорные точки и проч.), застывание в течение трех-четырех минут, разрезание на две части – и сканирование.

Сканирование производится непосредственно в Artec Studio, где построение картинки отображается в реальном времени на экране компьютера. Таким образом видно, как за несколько секунд вы уже оцифровали слепок целиком. Далее просто составляете сканы в единую модель и экспортируете её в другие программы, такие, как САПР или АСУП.

“Я просто выгружаю модель в формате OBJ в программу Geomagic Freeform, которая отлично подходит для подобного моделирования. Я пользуюсь тактильным устройством, поэтому буквально чувствую все неровности и изгибы поверхности на ощупь. Я доволен”, – делится впечатлением Райт.

Он также использует Fusion 360 для конструирования суставов и других индивидуальных особенностей каждого устройства. Традиционный метод изготовления протезов остается востребованным, но в LifeNabled 3D-сканирование навсегда изменило методы и скорость работы и позволило создать универсальный подход.

“В новом методе здорово то, что с Eva и цифровой постобработкой я могу работать практически где угодно. Как только сканирование выполнено – что довольно быстро, я могу редактировать модель, даже сидя с ноутбуком перед телевизором”, – говорит Райт.

Конструирование нового протеза

“Это означает, что нам есть что предложить пациенту уже через час с момента его обращения”.

Однако это не означает, что всё будет именно так легко. Клинике всё еще требуются техники-протезисты. Эта профессия, несмотря на кажущуюся простоту, в действительности требует высокого мастерства. Один год практического обучения в сочетании с интенсивной работой в поле – это минимум для того, чтобы начать практику в этой области. “Умение действительно приходит с практикой, – поясняет Райт. – Учебники здесь играют отнюдь не самую важную роль”.

Примерка протеза руки

Райт с женой Мередит приезжают в Гватемалу дважды в год и стараются привезти с собой всё, что только может уместиться в багаже: Artec Eva, два 3D-принтера (Filament Innovations), мощный ноутбук Alienware, алюминиевые опоры для ножных протезов, полимерные нити для 3D-принтеров (CF PETG, PETG, поликарбонат и проч.), протезы коленных суставов, протезы стопы Niagara feet, стеклопластик для литья и ещё многое другое.

За годы своей работы они изготовили свыше 400 протезов для гватемальцев с ампутированными конечностями. Многие их пациенты с тех пор выросли и уже почти стали взрослыми. Когда-то лишенные надежды и смысла жизни, испытывающие стыд и чувствующие себя будто проклятыми, эти молодые юноши и девушки сегодня активно строят карьеру учителей и врачей, бизнесменов и рабочих.

В планы LifeNabled входит организация аккредитованных курсов обучения 3D-печати протезов, а также создание обучающей программы, посредством которой организации по всему миру смогут узнавать о том, как можно делать протезы доступными всем нуждающимся в них соотечественникам. Главным образом, LifeNabled планирует в будущем предлагать и обучение, и протезы, и их компоненты по всему миру, с тем, чтобы люди с ампутированными конечностями могли получать доступные протезы независимо от уровня дохода и удаленности от мегаполиса.

Связаться с нами